E-WP4 - STOC: Sturm-Ozean-Wechselwirkungen

Während der ersten Phase des Projektes MiKlip wurde für Sturm- und Zyklonenhäufigkeiten eine positive Vorhersagegüte in den probabilisitischen Vorhersagen des MiKlip-Systems gefunden. Diese positive Vorhersagegüte gibt es sowohl gegenüber den klimatologischen Vorhersagen als auch gegenüber uninitialisierten, historischen Simulationen. Das Projekt STOC zielt auf ein besseres Verständnis der Mechanismen, die zu dieser Vorhersagegüte führen.


Vieljährige Schwankungen im Ozean sind eine Basis für dekadische Vorhersagen. Es ist bekannt, dass eine Verstärkung der meridionalen Umwälzbewegung im Atlantik eine erhöhte Baroklinität induziert, was die Entwicklung Europäischer Stürme begünstigt (Nissen et al., 2014).  STOC untersucht die Beziehung zwischen dem Zustand des Ozeans, hier insbesondere des Nordatlantiks, und Europäischen Stürmen im dekadischen Vorhersagesystem MiKliP. Für die Sturmentwicklung relevante ozeanische Variable und damit verbundene Zeitskalen werden identifiziert und dienen als Grundlage für die Modellvalidierung bezüglich jener ozeanischen Prozesse, die zur Entwicklung Europäischer Stürme  beitragen. (Kooperation mit dem Projekt VALOCEAN)


STOC analysiert inwieweit die Wiedergabe der identifizierten, ozeanischen Prozesse im Vorhersagesystem die Vorhersagegüte Europäischer Stürme und extratropischer Zyklonen beeinflusst. Das führt zu einem besseren Verständnis der Vorhersagegüte des operationellen Vorhersagesystems  bzgl. Winterstürmen und eröffnet die Möglichkeit Ozeanzustände zu identifizieren, die zu einer höheren Vorhersagegüte führen.

STOC Teaser Bild

Ziele

Ziel des Projektes STOC ist es, die Wechselwirkungen zwischen dem Ozeanzustand und der Aktivität von Europäischen Winterstürmen auf dekadischer Zeitskala zu analysieren. Damit trägt STOC zu prozessorientierten Studien zur Güte dekadischer Sturmvorhersagen bei. Relevante Ozeanparameter und Zustände des Nordatlantiks, die die Entwicklung von Winterstürmen begünstigen,  sollen sowohl in beobachtungsnahen Datensätzen als auch im MiKlip-Modellsystem identifiziert werden. Für das Zentrale Evaluierungssystem werden Plug-Ins zur Berechnung beteiligter Größen implementiert. Die Ergebnisse fliesen in die stratifizierte Verifikation von Wintersturmvorhersagen ein. So trägt STOC zum besseren Verständnis und zur Verbesserung des operationellen MiKlip-Systems bei. Im Einzelnen werden folgende drei Projektziele verfolgt:

2. Atmosphäre-Ozean-Wechselwirkungen im Erdsystemmodell MPI-ESM
Ozean-Sturm-Wechselwirkungen werden in der vorindustriellen Kontrollsimulation des Klimamodells MPI-ESM untersucht. Im Fokus steht dabei die Beziehung zwischen der Verstärkung der meridionalen Umwälzbewegung im Atlantik und der Häufigkeit Europäischer Stürme auf der dekadischen Zeitskala. Kovariabilitäten von ozeanischer Parameter und dem Auftreten von Winterstürmen werden für verschiedene Zeitskalen analysiert und mit der beobachteten Beziehung verglichen.

3. Analyse der Vorhersagegüte für Winterstürmen in den dekadischen Hindcasts
Die vorherige Ergebnisse werden miteinander in Verbindung gebracht und geprüft, inwieweit die gefundenen ozeanischen Prozesse zu einer Vorhersagbarkeit Europäischer Stürme auf der dekadischen Skala führen; zusammen mit dem Projekt VALOCEAN werden die initialisierten dekadischen Hindcasts auf das Vorhandensein dieser ozeanischen Prozesse untersucht. Basierend auf dem im Projekt ECO entwickelten Konzept wird eine stratifizierte Verifikation bezüglich Europäischer Winterstürme  entlang relevanter ozeanischer Parameter durchgeführt.

Bisheriger Fortschritt

Die Variabilität Europäischer Winterstürme wurde auf verschiedenen Frequenzbändern untersucht. Für Osteuropa wurde sowohl für das Frequenzband 3-5 Jahre, als auch für 6-15 Jahre  eine Analyse der Sturmhäufigkeiten durchgeführt. Die Sturmfrequenzen wurden mit den Nord-Atlantischen (NA) Meeresoberflächentemperaturen (SST) korreliert. Es konnte festgestellt werden, dass für beide Frequenzbänder die Sturmhäufigkeit mit einer Erhöhung des meridionalen Temperaturgradienten im NA in Verbindung steht.

Referenzen

Kruschke, T., Rust, H., Kadow, C., Müller, W., Pohlmann, H., Leckebusch, G., and Ulbrich, U., 2015: Probabilistic evaluation of northern hemisphere winter storm frequencies in the miklip decadal prediction system. Meteorol. Z., under revision.

Nissen, K. M, U. Ulbrich, G. C. Leckebusch, and I. Kuhnel, 2014: Decadal windstorm activity in the North Atlantic-European sector and its relationship to meridional overturning circulation in an ensemble of simulations with a coupled climate model, Clim. Dyn, 43, 1545-1555, doi: 10.1007/s00283-013-1975-6

Kontakt

Freie Universität Berlin, Institut für Meteorologie
Prof. Dr. U. Ulbrich
Prof. Dr. H. Rust
Dipl.-Math. I. Höschel